仪器分析——第一章紫外-可见分子吸收光谱法课件

1、第一章 紫外-可见分子吸收光谱法 Ultraviolet-Visible Molecular Absorption Spectrometry ,UV-VIS,1,PPT学习交流,本次课应掌握的重点： 1、什么是复合光、单色光、互补色光； 2、物质对光吸收的本质是什么？ 3、为什么物质对光会发生选择性吸收？ 4、为什么分子吸收光谱是带状光谱而不是线状光谱？ 5、什么是吸收曲线和最大吸收波长？,2,PPT学习交流,1-1 概述,紫外-可见分子吸收光谱法( Ultraviolet Visible Molecular Absorption Spectrometry , UV-VIS),又称紫外-可见分

2、光光度法(Ultraviolet-Viseble Spectrophotometry)。它是研究分子吸收 190780 nm 波长范围内的吸收光谱。紫外-可见吸收光谱主要产生于分子价电子的跃迁，通过测定分子对紫外-可见光的吸收，可以用于鉴定和定量测定大量的无机化合物和有机化合物。,3,PPT学习交流,一.紫外光 (ultraviolet light)和可见光 (visible light),光是一种电磁辐射（Electromagnetic radiation)或叫电磁波(Electromagnetic wave) 能被人们看见的光称为可见光。 各种看不见的光，如紫外光、红外光、X-射线、 -射

3、线等，它们也都是某一波长区域的电磁辐射。,4,PPT学习交流,1.紫外光（ultraviolet light）,紫外光是指波长为 10380 nm 的电磁辐射，它又可分为远紫外光（Far ultraviolet light）和近紫外光（Near ultraviolet light）。 远紫外光的波长范围是10200nm。远紫外光又有真空紫外光（Vacuum ultraviolet light）之称; 近紫外光的波长范围是200380nm。,5,PPT学习交流,2.可见光（visible light）,可见光是指波长范围为 380780nm区域内的电磁辐射。在这个区域内，不同波长的光引起人的视觉

4、神经的感受不同，所以我们看到了各种不同颜色的光。例如，630780 nm 的光是红光，430460 nm 的光是蓝光等。,6,PPT学习交流,（1）复合光（Polychromatic light）与单色光（Single - color light）,如果让一束白光通过三棱镜，它将分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光，这种现象称为光的色散（Chromatic dispersion）。我们把白光叫做复合光，把只具有一种颜色的光叫做单色光。,7,PPT学习交流,（2）互补色光（Complementary light）,从白光中分离出蓝色后，剩余的混合光呈黄色，那么我们把黄光称为蓝色的互补色，

5、同理，蓝色也是黄色的互补色。如图1-1所示，图中，处于一条直线上的两种单色光互为补色。,8,PPT学习交流,9,PPT学习交流,三.吸光光度法的分类,吸光光度法按所用的和测量光的单色程度不同，可分为比色法和分光光度法。光的单色程度是指光的波长范围的宽窄程度。,10,PPT学习交流,1.比色法（Colorimetric method）,比色法是指应用单色性较差的光与被测物质作用建立起来的分析方法,它只能在可见光区使用。,11,PPT学习交流,(1).目视比色法,用眼睛比较溶液颜色的深浅，也就是说用眼睛作为溶液透过光的检测器，从而确定物质含量的方法称为目视比色法。例如：五价锑离子在pH=7时能与孔

6、雀绿( C23H25N2Cl )形成绿色配合物：,12,PPT学习交流,(2).光电比色法,光电比色法是利用光电转换元件如光电池或光电管代替人眼作为检测器。但在测定原理上与目视比色法是不同的，目视比色法是比较溶液透过光的强度，而光电比色法是检测溶液对某一单色光的吸收程度，所用仪器叫光电比色计（Optimeter）。,13,PPT学习交流,2. 分光光度法（Spectrophotometric methods）,分光光度法在测定原理上与光电比色法是相同的，所不同的是获得单色光的方法，前者采用滤光片, 后者采用光栅或棱镜,所用仪器叫分光光度计（SpectroPhoto- meter）。,14,PP

7、T学习交流,1-2 吸收物质及其紫外和可见吸收光谱,15,PPT学习交流,一. 吸收的一般性质 1. 吸收的本质 光被物质吸收，实际上就是光的能量转移到了物质的原子或分子中去了。光通过物质后，某些频率的光能使物质的原子或分子由最低能级（基态）跃迁到较高的能级（激发态）。,16,PPT学习交流,量子化学表明：原子、分子或离子具有不连续的、数目有限的量子化能级，如图1-2，所以，物质只能吸收与两个能级之差相同的或为其整数倍的能量。对于光来说，就是只能吸收一定频率或波长的光。即： （1-1）,17,PPT学习交流,只有当照射光光子的能量 hv与被照射物质微粒的基态、某一激发态能量之差相当时才能发生吸

8、收。 不同的物质微粒由于结构不同，则有不同的量子化能级，其能级之间的能量差是不同的，所以，不同的物质可以吸收不同波长的光，即：物质对光的吸收具有选择性。,18,PPT学习交流,2. 分子吸收光谱（Molecular Absorption Spectrum）,（1） 产生及分类 紫外、可见光的能量与分子中价电子跃迁吸收的能量相适应，所以紫外-可见光谱属于分子吸收光谱。,19,PPT学习交流,分子内部的运动可分为价电子运动、分子内原子在平衡位置附近的振动和分子绕其重心的转动，则分子中存在三种能量，而三种能量都是量子化的，所以有三种能级存在于分子中，即电子能级Ee (Electronic Level

9、)、振动能级Ev (Vibrational Level)、和转动能级Er (Rotational Level)。 在这三种能量中，电子能级之间能量差最大，振动能级相差次之，转动能级相差最小。即： Ee Ev Er,20,PPT学习交流,21,PPT学习交流,电子能级跃迁所需的能量一般在120eV。如果是5eV, 则由式（1-1）可计算相应的波长:已知 h6.62410-34Js4.13610-15eVs c（光速）2.9981010s-1故: 可见，电子能级跃迁产生的吸收光谱主要处于紫外及可见光区（200780nm）。这种分子光谱称为电子光谱或紫外-可见光谱。,22,PPT学习交流,振动能级的

10、能量差一般在 0.0251 eV之间。如果能量差是 0.1eV，则它为 5eV 的电子能级间隔的 2，所以电子跃迁并不是产生一条波长为 248 nm 的谱线,而是产生一系列的谱线，其波长间隔约为 248nm 2 5 nm。 在振动能级跃迁时还伴随着转动能级的跃迁。转动能级的间隔小于0.025eV。如果间隔是 0.005 eV，则它为 5 eV的0.1，相当的波长间隔是 248 nm0.1 0.25 nm。,23,PPT学习交流,紫外及可见吸收光谱，一般包含若干谱带系，不同谱带系相当于不同的电子能级跃迁，一个谱带系（即同一电子能级跃迁，如由能级 A 跃迁到能级 B）含有若干谱带，不同谱带相当于不

11、同的振动能级跃迁。同一谱带内又包含若干光谱线，每一条线相当于转动能级的跃迁，它们的间隔如上所述约为 0.25nm。一般分光光度计的分辨率，观察到的为合并成较宽的谱带，所以分子光谱是一种带状光谱。,24,PPT学习交流,25,PPT学习交流,与纯振动能级之差Ev 相适应的辐射是波长约为 0.7850m 的光，这种光在近红外（包括中红外）区，所以，当用红外线照射分子时，则此能量不足以引起电子能级的跃迁，只能引起振动和转动能级的跃迁，这样得到的光谱称为红外吸收光谱(Infrared absorption spectrum)。,26,PPT学习交流,如果用能量更低的远红外线和微波（50300m）照射分

12、子，则只能引起转动能级的跃迁，这样得到的光谱称为远红外光谱（Far-infrared spectrum）和微波谱（Microwave spectrum）。 不同波长范围的电磁波所能激发的分子和原子的运动情况如下表所示：,27,PPT学习交流,（2） 吸收曲线,分子吸收光谱是一种带状光谱，这种带状光谱可以用吸收曲线来表示。将不同波长（wavelength）的光透过某一物质，测量每一波长下物质对光的吸收程度即吸光度（Absorbance），然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，即得到一条吸收曲线或称为吸收光谱图。,28,PPT学习交流,29,PPT学习交流,图中曲线I、II、III是Fe2+含

13、量分别为 0.0002 mgmL-1, 0.0004 mgmL-1和0.0006 mgmL-1的吸收曲线。1,10-邻二氮杂菲亚铁溶液对不同波长的光吸收情况不同, 对 510nm 的绿色光吸收最多，有一吸收高峰（相应的波长称为最大吸收波长，用max表示）。对波长600nm 以上的橙红色光，则几乎不吸收，完全透过，所以溶液呈现橙红色。不同物质其吸收曲线的形状和最大吸收波长各不相同。,30,PPT学习交流,根据这个特性可用作物质的初步定性分析。不同浓度的同一物质，在吸收峰附近吸光度随浓度增加而增大。但最大吸收波长不变。若在最大吸收波长处测定吸光度，则灵敏度最高。因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测定

14、波长的重要依据。,31,PPT学习交流,本次课应掌握的重点： 1、什么是助色团、生色团？它们有什么区别？ 2、各类有机化合物在紫外-可见光区的特征吸收； 3、K、R、E、B 吸收带分别是由哪些结构单元产生的？哪条吸收带常用于定量分析？,32,PPT学习交流,1-2 吸收物质及其紫外-可见吸收光谱一. 吸收的一般性质,33,PPT学习交流,二.分子的紫外-可见吸收光谱 1.有机化合物的紫外-可见吸收光谱 （1）.有机化合物分子中电子跃迁的类型,在有机化合物分子中有几种不同性质的价电子：形成单键的电子称为键电子；形成双键的电子称为 键电子；氧、氮、硫、卤素等含有未成键的孤对电子，称为 n 电子（或

15、称 p 电子）。当它们吸收一定能量E 后，这些价电子将跃迁到较高能级（激发态），此时电子所占的轨道称为反键轨道，而这种跃迁同分子内部结构有密切关系。,34,PPT学习交流,这些跃迁可分成如下三类： . NV 跃迁：由基态轨道跃迁到反键轨道，包括饱和碳氢化合物中的* 跃迁以及不饱和烯烃中的* 跃迁（ *、*分别表示键电子、键电子的反键轨道）。 . NQ 跃迁：是分子中未成键的 n 电子激发到反键轨道的跃迁，包括 n*、n* 跃迁。 . NR 跃迁：是键电子逐步激发到各个高能级，最后电离成分子离子的跃迁(光致电离)。 .电荷迁移跃迁：电子从给予体向接受体跃迁。,35,PPT学习交流,由上述可见，有

16、机化合物价电子可能产生的跃迁主要为*、n*、n*及*。各种跃迁所需能量是不同的，可用下图表示。由图可见，各种跃迁所需能量大小为： * n* * n*,36,PPT学习交流,一般说来，未成键孤对电子较易激发,成键电子中电子具有较高的能级,而反键电子却相反。因此，简单分子中 n* 跃迁、配位场跃迁需最小的能量，吸收带出现在长波段方向，n*、* 及电荷迁移跃迁的吸收带出现在较短波段，而* 跃迁则出现在远紫外区。,37,PPT学习交流,(2). 有机物分子的紫外-可见吸收光谱,现根据电子跃迁讨论有机化合物中较为重要的一些紫外吸收光谱，由此可以看到紫外吸收光谱与分子结构的关系。,38,PPT学习交流,.

17、 饱和烃及其取代衍生物,饱和单键碳氢化合物只有键电子，键电子最不易激发，* 跃迁产生的吸收一般在远紫外区（10200nm）。但由于这类化合物在 2001000nm 范围内无吸收带，在紫外吸收光谱分析中常用作溶剂（如己烷、庚烷、环己烷等）。,39,PPT学习交流,当饱和单键碳氢化合物中的氢被氧、氮、卤素、硫等杂原子取代时，吸收峰向长波长方向移动, 这种现象称为深色移动或称红移(batho -chromic shift), 此时产生 n* 跃迁。 例如甲烷一般跃迁的范围在125135nm，碘甲烷（CH3I）的吸收峰则处在150210nm（*跃迁）及259nm（n*跃迁）：,40,PPT学习交流,C

18、H2I2 及 CHI3 的吸收峰则分别是 292nm 及 349nm (n* 跃迁)。 这种能使吸收峰波长向长波长方向移动的杂原子基团称为助色团（auxochrome）。 如NH2， NR2 , OH，OR, SR， Cl，Br，I 等等。,41,PPT学习交流,.不饱和脂肪烃,这类化合物如乙烯、丁二烯，它们含有键电子，吸收能量后产生* 跃迁。 若在饱和碳氢化合物中，引入含有键的不饱和基团，将使这一化合物的吸收峰出现在紫外及可见区范围内，这种基团称为生色团(chromophore ) 。 生色团是含有* 或 n* 跃迁的基团, 如:C=C、CC 、C=N、C=O 、N=N等。,42,PPT学习

19、交流,具有共轭双键的化合物如：共轭二烯、,-不饱和酮、,-不饱和酸、多烯、芳香核与双键或羰基的共轭等等，由于共轭效应生成大键。使各能级间的距离较近（键的平均化），所以吸收峰的波长就增加，生色作用大为加强。 例如乙烯的max为171nm(15530 Lmol-1cm-1)； 丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）吸收峰发生深色移动（max217nm），吸收强度也显著增加（21000 Lmol-1cm-1）。,43,PPT学习交流,由于共轭双键中* 跃迁所产生的吸收带称为K 吸收带。 特点：1、强度大，摩尔吸光系数max通常在10000200000（104）L mol-1 cm-1之间； 2、吸收峰

20、位置（max）一般处在近紫外及可见光范围内。 K 吸收带的波长及强度与共轭体系中共轭双键的数目等有关。共轭双键愈多，深色移动愈显著据此可以判断共轭体系的存在情况，这是紫外吸收光谱的重要应用。 K 吸收带还常用于定量分析。,44,PPT学习交流,45,PPT学习交流,.羰基化合物 羰基化合物含有 基团，主要可以产生 n* , n* 及* 三个吸收带。 n* 吸收带又称 R 带，落于紫外光区（270 350nm）。它的特点是强度低(max 为1020)，并且谱带略宽，是羰基化合物的特征吸收带。 当醛、酮的羰基与双键共轭时，形成了, -不饱和醛酮类化合物。由于羰基与乙烯基共轭，即产生共轭作用，使*

21、和 n* 吸收带向红移动，前一吸收带强度高(max 104)，后一吸收带强度低(max 102)。这一特征可以用来识别 , -不饱和醛、酮。,46,PPT学习交流,乙酰苯的紫外吸收光谱（正庚烷溶剂）：由于乙酰苯中的羰基与苯环的双键共轭，因此可以看到很强的 K 吸收带（lg4）。另外，还出现R 吸收带及苯环的 B 吸收带。,47,PPT学习交流,48,PPT学习交流,.苯及其衍生物,苯在 185nm（= 47000）和204nm (= 7900)处有两个强吸收带，分别称为 E1和 E2 吸收带，是由苯环结构中的环状共轭系统的跃迁所产生的。 若苯环上有助色团如 OH、Cl 等取代，由于 n- 共轭

22、，使 E2 吸收带向长波方向移动，一般在 210nm 左右； 若有生色团取代而且与苯环共轭（共轭），则 E2 吸收带与 K 吸收带合并且发生深色移动。 除此之外，在230270nm处（256nm处= 200 ）还有较弱的一系列精细结构吸收带，称为B吸收带，这是由于* 跃迁和苯环的振动的重叠引起的。,49,PPT学习交流,50,PPT学习交流,如果对位二取代苯的一个取代基是推电子基团，而另一个是拉电子基团，深色移动就非常大。例如：,51,PPT学习交流,.稠环芳烃及杂环化合物 稠环芳烃，如萘、蒽、菲等，均显示苯的三个吸收带，但这三个吸收带均发生红移，且强度增加。随着苯环数目增多，吸收波长红移越多

23、，吸收强度也相应增加。 当芳环上的 CH 基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物(如吡啶、喹啉、)的吸收光谱，与相应的碳环化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与萘相似。 此外，由于引入含有 n 电子的 N 原子，这类杂环化合物还可能产生 n * 吸收带，如吡啶在非极性溶剂的相应吸收带出现在270 nm 处(max = 450 L mol-1 cm-1 )。,52,PPT学习交流,.吸收光谱的应用,1. 官能团的检出 根据化合物的紫外及可见光区吸收光谱可以推测化合物所含的官能团。例如一化合物在220800nm范围内无吸收峰，它可能是脂肪族碳氢化合物，不含双键或环状共轭体系，没有醛、酮或溴、碘等

24、基团。,53,PPT学习交流,如果在 210250nm 有强吸收带，可能含有二个双键的共轭单位；在 260350nm 有强吸收带，表示有35个共轭单位。 如化合物在 270350nm 范围内出现的吸收峰很弱（=10100 ）而无其它强吸收峰，则说明只含非共轭的、具有 n 电子的生色团，如 。 如在 250300nm 有中等强度吸收带且有一定的精细结构，则表示有苯环的特征吸收。,54,PPT学习交流,2. 同分异构体的判别 例如乙酰乙酸乙酯存在下述酮-烯醇互变异构体：,55,PPT学习交流,又如1,2-二苯乙烯具有顺式和反式两种异构体：,反式：max = 295nm max = 27000 顺式

25、：max = 280nm max = 10500,56,PPT学习交流,例1. 苯酰丙酮在乙醚和在水中的 UV 光谱图如下图所示，解释该化合物在不同溶剂中的主要存在形式及吸收峰归属。,57,PPT学习交流,58,PPT学习交流,解：由图可知：苯酰丙酮在乙醚中(1)主要以烯醇式存在，因为在 300nm 处存在强的 K 吸收带（红移），前一吸收带属苯环的 B 吸收带。在水中(2)主要以酮式存在，在 250nm 处也有较强的 K 吸收带，300nm 处的吸收是其中烯醇式的 K 吸收带（红移）。,59,PPT学习交流,例2. 由红外光谱得知某化合物含苯环、酮羰基、甲基、亚甲基。分子式为 C9H10O，

26、UV数据为：245nm(lg=4.1)，280nm(lg=3.1)，320nm(lg=1.9)， 确定化合物结构并说明吸收峰属于什么吸收带？,60,PPT学习交流,由 UV 数据可进一步确定其结构：245nm处强吸收峰属于*跃迁（共轭体系）的 K 吸收带与 E2 带合并的吸收带。 280nm 处的中等强度吸收属于苯环的 B 吸收带。320nm 处的弱吸收属于羰基结构的 R 吸收带（n*）,解：由红外官能团的确定，可知其结构应为：,61,PPT学习交流,本次课应掌握的重点： 1、溶剂极性及酸度对有机化合物的紫外吸收光谱有何影响？ 、无机化合物有哪些类型的跃迁吸收？哪种常用于定量分析？ 3、什么是

27、透光度、吸光度、吸光系数、摩尔吸光系数？朗伯-比尔定律的物理意义是什么？,62,PPT学习交流,12 吸收物质及其紫外和可见吸收光谱 二.分子的紫外-可见吸收光谱 1.有机化合物的紫外-可见吸收光谱 . 溶剂对有机物紫外吸收光谱的影响,a.极限波长 极限波长即溶剂在紫外光区产生吸收的最大波长。如果我们的测定在溶剂的极限波长以下（小于极限波长），则溶剂本身的吸收将影响测定，所以测定只能在极限波长以上进行。,63,PPT学习交流,b. 溶剂极性的影响 极性溶剂往往对吸收峰的波长、强度及形状产生影响。比如，对于 n* 跃迁来说，溶剂极性增大，溶质吸收峰产生蓝移，而* 跃迁吸收峰产生红移。,64,PP

28、T学习交流,c . 溶剂酸度的影响 对于具有酸碱性的被测物质，溶剂的 pH 变化，则溶质的存在形式发生变化，使 分子中共轭效应发生变化，则使吸收红移 或蓝移。 如酚酞指示剂 ：,65,PPT学习交流,66,PPT学习交流,以上结构变化也可以简单地表示为： 无色分子 无色离子 红色离子 无色离子 根据测定，当 pH8 时，呈无色 pH10 时，呈红色 pH12 时，呈无色,67,PPT学习交流,2. 无机化合物的紫外-可见吸收光谱,(1).电荷迁移跃迁 许多无机配合物如过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物，吸收光子后能使中心离子与配位体间发生电荷迁移，即电子由配位体的轨道跃迁到中心离子

29、的相关轨道上去。 M n+ L b- M (n-1)+ L (b-1) ,68,PPT学习交流,过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。如： C1-(H2O)n C1(H2O)n- Fe 3+ SCN-2+ Fe 2+ SCN 2+ 若中心离子的氧化能力愈强，或配位体的还原能力愈强，则发生电荷迁移跃迁时所需能量愈小，吸收光波长红移。 电荷迁移吸收光谱谱带最大的特点是摩尔吸光系数较大，一般max 104 。,69,PPT学习交流,(2)配位场跃迁 配位场跃迁包括 dd 跃迁和 ff 跃迁。元素周期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有 3d 和

30、4d 轨道，镧系和锕系元素分别含有 4f 和 5 f 轨道。在配位体的存在下，过渡元素五个能量相等的 d 轨道及镧系和锕系元素七个能量相等的 f 轨道分别分裂成几组能量不等的 d 轨道及 f 轨道。当它们的离子吸收光能后，低能态的 d 电子或 f 电子可以分别跃迁至高能态的 d 或 f 轨道上去。由于这两类跃迁必须在配位体的配位场作用下才有可能产生，因此又称为配位场跃迁。,70,PPT学习交流, 稀土元素化合物的吸收（f-f 跃迁） 大多数稀土元素对紫外-可见光可产生吸收,这是由于这些元素的原子中都有未充满的 f 轨道，吸收紫外-可见光将使电子在 f 轨道的不同能级上跃迁。不同的稀土元素吸收光

31、谱差别很大，所以常用分光光度法来分析鉴定这些离子。,71,PPT学习交流, 过渡金属离子化合物的吸收（d-d 跃迁）,过渡金属离子化合物大多是有颜色的，一般认为是由于过渡金属元素有未充满的 d 轨道，电子可以在能级不同的 d 轨道之间跃迁，其能量差相当于紫外-可见光区的能量，即 d-d 跃迁。所以，过渡金属元素的离子（严格说是它的水合离子）可以吸收紫外-可见光。,72,PPT学习交流,1-3 吸收定律 1. 朗伯-比耳定律（the Beer-Lambert Law）,光吸收的基本定律是朗伯-比耳定律，这个定律是比色分析和分光光度法的定量依据。,73,PPT学习交流,（1）溶液对光的形为及有关术

32、语,溶液对光的形为是一部分光被吸收，一部分光被界面反射，其余的光则透过溶液。 即入射光强度 I0 可表示为： I0 = I t + I a + I r 上式中， I a 为吸收光的强度， I t 为透射光的强度， I r 为反射光的强度。,74,PPT学习交流,溶液对光的反射损失很小，可以忽略不计，则当一束平行单色光照射溶液时，一部分光被溶液吸收, 其余的光透过溶液。 我们把透射光强度与入射光强度的比值称为透光度或透光率(Transmittance)，用“T ”表示。 则： TIt/I0 T 还常用百分透光率表示： TT100,75,PPT学习交流,溶液对光的吸收程度常用吸光度（Absorba

33、nce）表示，符号为“A ”。 A 的定义为：吸光度等于透光度的负对数或透光度倒数的对数。即： A = -lgT = lg = lg T 和 A 都是用来表征入射光被吸收程度的一种量度。,76,PPT学习交流,溶液的吸光程度与该溶液的浓度、液层厚度以及入射光的强度有关，如果保持入射光强度不变，则光吸收程度就只与溶液浓度和液层厚度有关。 描述它们之间定量关系的定律称为朗伯-比耳定律，这个定律是由朗伯定律和比耳定律两个定律组成的。,77,PPT学习交流,（2）朗伯定律（Lamberts Law）,朗伯定律是德国物理学家 J.H.Lambert 于1760年提出的。 朗伯定律：如果溶液的浓度一定，则

34、光的吸收程度与液层的厚度成正比。 即： A = lg = k1b (浓度 c 一定) 式中： k1比例系数 b液层厚度或叫光程长度 D,78,PPT学习交流,（3）比耳定律（Beers Law）,比耳定律是由德国物理学家 A. Beer 于1852年研究发现的，比耳研究了各种无机盐水溶液对红光的吸收，从而得出这样一个结论： 当单色光通过液层厚度一定的溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。这就是比耳定律的内容。表示式为： A = lg = k2c （b 一定） 式中： c溶液浓度 k2比例常数 D,79,PPT学习交流,从上面两个定律的表示式可以知道，当c、b 变化时，A将与两者乘积成正比，即

35、朗伯-比耳定律的数学表示式为： A = abc (1) a 称为吸光系数（Absorptivity）。如果液层厚度用“”表示，浓度以“ gL-1 ”为单位，则 a 的单位是“ Lg-1-1 ”。 通常浓度以“ molL-1 ”为单位,此时的吸光系数称为摩尔吸光系数（Molar absorptivity), 用“”表示,单位：“ Lmol-1-1 ”，所以朗伯-比耳定律也可以表示为： A =bc (2),80,PPT学习交流,（1）、（2）两式是朗伯-比耳定律的数学表示式。它的物理意义是：当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。 称为

36、摩尔吸光系数，它表示物质的量浓度为 1 molL-1, 液层厚度为1 时溶液的吸光度。 反映吸光物质对光的吸收能力，也反映用吸光光度法测定该吸光物质的灵敏度,是选择显色反应的重要依据。 从和 a 的单位可看出，两者的换算关系为： = M a （ M 是摩尔质量）,81,PPT学习交流,例：已知含Cd2+浓度为 140gL-1 的溶液，用双硫腙比色法测定 Cd,比色皿厚度为 2，在= 520nm 处测得的吸光度为 A= 0.220，计算该配合物的 a 和。,解：根据定律： a = A/(bc) = 0.220/(214010-6) =786 (Lg-1-1) Cd 的原子量为 112，则： =M

37、a =112786=8.80104 (Lmol-1-1),82,PPT学习交流,在多组分体系中，如果各组分对光都有吸收，并且它们之间无相互作用，这时体系的总吸光度等于各组分吸光度之和，也就是说，吸光度具有加和性： A总=A1+A2+An =1bc1+2bc2+nbcn,83,PPT学习交流,本次课重点： 1、紫外-可见分光光度计的结构及各部分作用原理如何？ 2、光度分析法的误差来源主要有哪些？如何减免？ 3、双波长分光光度法的测定原理是什么？ 4、紫外-可见分光光度法在食品分析中的应用。,84,PPT学习交流,1-4 分析仪器的基本部件 光度分析所用的仪器叫光度计，因为光度分析包括光电比色法和

38、分光光度法两种方法，这两种方法所用的仪器分别称为光电比色计和分光光度计。,85,PPT学习交流,分光光度计有 72、721型等，这些都是用于可见光区的，波长范围为 400800nm，另外，751型、751G型分光光度计可用于紫外和可见光区，波长：2001000nm。 希尔格Hilger H-700， Unicam SP-500型，岛津QR-50型等。WFD-G型紫外-可见光度计是采用光栅单色器。,86,PPT学习交流,仪器,87,PPT学习交流,一. 光源（Source）,光源是提供符合要求的入射光的装置，作为光源必须满足三个条件： 1.必须能够产生具有足够强度的光束。 2.发出光的强度要稳定

39、。 3.光源提供的波长范围应能满足分析的要求； 常用的可见光光源是钨丝灯，它可发射 3202500nm 范围的连续光谱，包括了可见光区和近红外光区。 常用的紫外光源是氢灯或氘灯，它可发射的波长范围是 180375nm。,88,PPT学习交流,二. 单色器（Monochromater）,将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置，称为单色器。单色器由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成。此外，常用的滤光片也起单色器的作用。,89,PPT学习交流,棱镜单色器的原理： 光通过入射狭缝，经透镜以一定角度射到棱镜上，在棱镜的两界面上发生折射而色散，后被聚焦在一个带有出射狭缝的表面上，移动棱镜或移动出射狭缝

40、的位置，就可使所需波长的光通过狭缝照射到试液上。使用棱镜等单色器可以获得纯度较高的单色光(半宽度 510nm)。,90,PPT学习交流,三. 吸收池（Absorption cell）,吸收池也称比色皿，是用于盛装试液并决定溶液液层厚度的器皿。比色皿一般是长方体形，有两个侧面是光学玻璃制成的透光面，这两个透光面之间的距离就是光程长度。另两个侧面是毛玻璃面。,91,PPT学习交流,四. 信号检测器（Signal detector）,测量吸光度时，由于 A=lg（I0/It）, 入射光强度 I0 是一定的，则 A 与 It 之间有固定的函数关系。 但在测量吸光度时，并不是直接测量透过吸收池的光强度，

41、而是把光强度转化成电信号进行测量，这种光电转换器件就称为检测器。,92,PPT学习交流,实际上广泛使用的光电转换器是光电管（Phototube）、或光电倍增管（Photomultiplier tube）。它们作为光电转换器的原理都是：当光子照射时，可以发射电子而产生电流，电流的大小与照射光强度成正比。,93,PPT学习交流,94,PPT学习交流,95,PPT学习交流,光电管响应的光谱范围和灵敏度取决于沉积在阴极上材料的性质。例如：氧化铯-银对近红外光区敏感，氧化钾-银和铯-银最敏感的范围在紫外和可见光区。由于热电子发射，光电管会产生暗电流。,96,PPT学习交流,五. 信号显示器（Signal

42、 display system）,信号显示器是将光电转换器输出的信号显示出来的装置。 1.直读式 通常是一个检流计（微安表或毫安表）,由它来测量光电流的大小，测出的光电流再以吸光度 A 或 T% 的形式反映到表盘上。 2.电位调节指零型装置 3 .数字显示型,97,PPT学习交流,美国 HACH 公司的 DR/4000 UV-VIS 分光光度计,98,PPT学习交流,1-5 光度分析法的误差 吸光光度法的误差主要来自两方面:一是偏离朗伯-比尔定律；二是吸光度测量引起的误差。,99,PPT学习交流,一. 对朗伯-比尔定律的偏离,在固定液层厚度及入射光的波长和强度的情况下，测定一系列标准溶液的吸光

43、度，以吸光度为纵坐标，标准溶液浓度为横坐标作图， 应得到一条通过原点的直线， 该直线称为标准曲线或工作 曲线。在相同情况下测得试 液的吸光度，从工作曲线上 就可以查得试液的浓度，这 就是工作曲线法。,100,PPT学习交流,101,PPT学习交流,偏离比尔定律的主要原因是目前仪器不能提供真正的单色光（由同一波长的光子组成的光），目前仪器所提供的入射光实际上是由波长范围较窄的光带组成的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度不同，因而引起了对比尔定律的偏离。,102,PPT学习交流,假设入射光由两种波长1和2的光组成，比尔定律分别在这两种波长下是适用的。 对1（入射光强为I0）吸光度为 A ,摩尔

44、吸光系数为1， 则：A=lg(I0/It1)1bc ， It1 =I010-1bc 对于2 （入射光强为I0），吸光度为 A,摩尔吸光系数为2，则 Alg(I0/It2) , It2 =I010-2bc 测定时入射光强度为（I0I0），透射光强度为（It1 + It2）,则所得吸光度值为： 或 ：,103,PPT学习交流,实验证明，若能选用一束吸光度随波长变化不大的复合光作入射光来进行测定，由于变化不大，所引起的偏离就小，可得到较好的线性关系。,104,PPT学习交流,二. 吸光度测量的误差,在分光光度计中，透光度的刻度是均匀的，吸光度刻度是不均匀的。因此对于同一台仪器，读数的波动对吸光度来说

45、不是定值。由光度计读数标尺上吸光度与透光度的关系可以看出，吸光度越大，读数波动引起的吸光度误差也越大。 检流计标尺上 A 与 T 的关系,105,PPT学习交流,透光度(或吸光度)在什么范围内具有较小的浓度测量误差呢？ 若在测量吸光度 A 时产生了一个微小的绝对误差 dA，则测量 A 的相对误差(Er)为:,根据朗伯-比尔定律: A=bc 当 b为定值时，两边微分得到: dA=bdc dc 就是测量浓度 c 的微小的绝对误差。 二式相除得到:,106,PPT学习交流,A与 T 的测量误差之间的关系如下: A= - lgT = - 0.434 lnT 微分： 两式相除：,可见，由于 A 与 T 不是正比关系，则它们的测量相对误差并不相等。,107,PPT学习交流,于是，浓度 c 的测量相对误差为:,由于 T 的测量绝对误差是固定的，即 dT = T = 0